評估骨盆和軀幹旋轉俯仰力學的新方法：從質性到量化方法 (上) | A New Method for Evaluating Pelvic and Trunk Rotational Pitching Mechanics: From Qualitative to Quantitative Approaches

評估骨盆和軀幹旋轉俯仰力學的新方法：從質性到量化方法 (上) | A New Method for Evaluating Pelvic and Trunk Rotational Pitching Mechanics: From Qualitative to Quantitative Approaches

評估骨盆和軀幹旋轉俯仰力學的新方法：從質性到量化方法

Pelvic and Trunk Rotational Pitching Mechanics: From Qualitative to Quantitative Approaches

 

導論

本研究的目的是在現有的質性到量化方法的基礎上開發一種新的量化方法來評估骨盆和軀幹旋轉俯仰力學。三十名投手被分成兩組（「模式1」：封閉的「臀到肩分離」；「模式2」：開放的「臀到肩分離」）。分析了幾個參數。在模式1 組中發現了更高的球速，並確定了其四個關鍵特徵。根據結果，開發了一種新的評估方法。骨盆和軀幹旋轉力學分為四種。類型1（適當的力學）比其他三種類型具有更高的球速，並且被認為涉及從跨步腳到投擲上肢的適當能量轉移。然而，類型2-4被認為是“不正確的力學”，這可能會導致球速變慢和能量傳遞效率降低。基於「專家判定」的質性方法可以指定最佳的骨盆和軀幹旋轉力學。然而，量化分析在識別三種不正確類型的骨盆和軀幹旋轉力學方面更為精確。此外，針對各種不當的練習，還可以製定核心強化、靈活性訓練等專項計劃，以提高投球動作。

關鍵字：棒球、骨盆、軀幹、運動學、運動表現

 

 

前言

 

投球力學構成了動力鏈的一部分，其中能量或動量從邁步的腳傳遞到投擲的手[ 1 , 2 ]。人們認為，次優的投球機制會降低球速等表現參數，並增加關節超負荷等受傷風險[ 3 , 4 ]。各種研究都集中在四肢不正確的投球力學上[ 5,6,7,8 ]。骨盆和軀幹也被形容為“能量傳遞接力賽中的跑者”，發揮著重要作用。這篇文獻介紹了兩種描述骨盆和軀幹旋轉力學的常見方法。質性方法是識別某些特徵，例如「早期軀幹旋轉」[ 9 ]和「髖肩分離」[ 5,10,11,12 ]。量化方法利用有關骨盆和軀幹的運動學數據，例如骨盆/軀幹旋轉角度、骨盆/軀幹方向、軀幹分離和脊柱旋轉[ 13、14、15、16、17、18 ]。

儘管文獻中有各種各樣的描述，但還沒有任何研究以高度系統化的方式探討骨盆和軀幹旋轉力學。首先，本研究尋求從質性角度出發來糾正這個問題。髖肩分離是指在腳接觸前髖部相對於肩膀的位置。這是一種常用的質性方法，Erickson等人對此進行了詳細描述 [ 10 ]。本研究比較了區分封閉式和開放式髖肩分離模式的參數，並假設封閉式模式會產生更高的球速。此外，本研究的目的是確定這兩種模式之間顯著差異的參數。這些參數可以進一步用於量化分析。其次，骨盆和軀幹是軸向身體結構的連結部分。在文獻[13,14,15,16,17,18]中大多數的量化運動學研究中，骨盆和軀幹旋轉的特徵是分開分析。本研究認為透過將骨盆和軀幹的運動學曲線放在一起可能有助於更多地了解骨盆和軀幹旋轉力學的特徵。最後，這些程序的目的是基於量化分析的結果開發一種新的量化方法，該方法構成了評估骨盆和軀幹旋轉俯仰力學的更精確的方法。

 

 

實驗設計

 

2.1 受試者

三十名成年男性菁英投手參加了這項研究。都是慣用右手者，且沒有因投球時受傷而接受過手術的病史。所有參與者均簽署了經附屬機構審查委員會批准的知情同意文件（KMUHIRB-SV(I)-20180022）。

 

2.2 研究設計

本項研究在戶外棒球場進行。在伸展和熱身之後，每位參與者盡最大努力從投手丘向本壘上的接球手投擲十個上手快球。熱身、標記放置和實驗設置的方案與我們先前的研究中引用的類似[ 19,20,21 ] 。對於每個投球任務，反射標記被貼在參與者身上，並由運動捕捉系統（Motion Analysis Corporation, Santa Rosa, CA, USA）進行跟踪，該系統由八個攝像機組成，採樣頻率為300 Hz。使用雷達槍（Jugs Sports International Distributors, Tualatin, OR, USA）測量球速。然後，追蹤標記的位置用於預估每次俯仰動作期間的關節中心、三維身體部位位置和運動學。

所有投球均由一位專家（專業隊伍的投球教練）根據髖肩分離的封閉式和開放式分為兩種模式[ 10 ]。專家從接球手的視點附近觀看了每個投球的影片。在腳接觸的瞬間，投擲臂的完整“臂-肘”結構不可見的投球被識別為髖-肩分離的閉合模式（圖1A）。在腳接觸的瞬間，投擲臂的完整臂肘結構可見的投球被認為符合髖肩分離的開放模式（圖1B）。不明確的會被排除在外。擁有超過5個閉合模式參與者會被分配到模式1組。擁有超過5個開放模式參與者會被分配到模式2組。模式1中的每個參與者，選擇前5個最快的封閉模式動作進行分析。同樣，從模式2組中選擇前5個最快的開放模式動作進行分析。最終，30名參與者和150個快球被選取。兩組的人口統計資料見表格1。

 

表格1

 

 

圖1 : (A)為髖肩分離封閉模式；(B)為髖肩分離開放模式

 

骨盆和軀幹軸向旋轉的運動學定義與全局座標系相關。在橫向平面中，朝向本壘的旋轉定義為0°，而朝向三壘的旋轉定義為-90°（圖2）

 

圖2 : 比較模式1和模式2在不同時間比例下在橫向平面中觀看的示意圖。骨盆和軀幹軸向旋轉的運動學定義與全局座標系相關。在橫向平面中，朝向本壘板的旋轉定義為0°，而朝向三壘的旋轉定義為-90°。 MKU （Maximum-Knee-Up）= 最大膝上抬； FC （Foot Contact）= 腳接觸； MER（maximum -Shoulder-External-Rotation）= 最大肩外旋； BR（ Ball-Release） =球釋出。

 

2.3 事件參數

從運動學數據得出的參數（表2）在該方法中使用，包括：（1）事件時間的參數；（2）事件發生時的角度參數；（3）事件發生時的軀幹-骨盆分離（TPS）參數；（4）與特殊時間事件和間隔相關的參數；（5）跨步階段重要的參數；（6）球速。

表格2

AC1 = 骨盆和軀幹角首次交叉的時間； AC2 = 第二次骨盆和軀幹角交叉的時間； BR = 球釋放； FC = 腳接觸； MER = 最大肩外旋； MIR = 最大肩內旋； MKU = 最大膝上抬； TPS = 軀幹-骨盆分離

 

2.3.1 事件時序參數

有五個與棒球場相關的標誌性計時事件，包括最大膝上舉（MKU）、腳接觸（FC）、最大肩部外旋（MER）、球釋放（BR）和最大肩部內旋（MIR） [ 6 ]。 FC和BR之間的時間間隔，縮寫為“BRt-FCt”，用於標準化。 FC的時間設定為0，BR的時間設定為100%。「時間比率」是針對球場之間事件的標準化時間計算的。事件時間比例的計算公式如下：

 

Time ratio (%) of the event = (event time − FC time) × 100/(BR time − FC time)

舉例來說：

The time ratio of MKU (MKUr) = (MKU time − FC time) × 100/(BR time − FC time)

「MKUr」是「MKU的時間比率」的縮寫形式，「MERr」是「MER的時間比率」的縮寫形式，「MIRr」是「MIR的時間比率」的縮寫形式。事件時序參數包括：「BRt-FCt」、「MKUr」、「MERr」和「MIRr」。

 

2.3.2 事件發生時的角度參數

「TAoMKU」是「MKU時刻的軀幹角度」的縮寫形式，「PAoMKU」是「MKU時刻的骨盆角度」的縮寫形式，依此類推。事件發生時的角度參數包括：「TAoMKU」、「TAoFC」、「TAoMER」、「TAoBR」、「TAoMIR」、「PAoMKU」、「PAoFC」、「PAoMER」、「PAoBR」和「PAoMIR」。

 

2.3.3 事件發生時軀幹與骨盆分離的參數

軀幹-骨盆分離（TPS）定義為軀幹角減去同一時刻的骨盆角。TPS類似於與骨盆座標相關的軀幹軸向旋轉角度，在文獻中，TPS 的值相當於文獻中的「軀幹分離」、「軀幹扭轉」和「脊椎旋轉」[ 14 , 16, 17, 18 ] 。 「TPSoMKU」是「MKU時間點的TPS」等的縮寫形式。

 

2.3.4 特殊時間事件和間隔相關的參數

將骨盆角度和軀幹角度的曲線繪製在一起，便可以確認兩個特殊時間事件

圖3 : ( A )模式1中骨盆和軀幹平均旋轉角度與從 MKU 到 MIR 的時間比例相關的曲線。它展示了兩個特殊的時間事件：AC1和AC2，以及三個新穎的階段。( B )模式2中從MKU到MIR的骨盆和軀幹平均旋轉角度與時間比的關係曲線。AC1 = 骨盆和軀幹角首次交叉的時間；AC2 = 第二次骨盆和軀幹角交叉的時間； BR = 球釋放；FC = 腳接觸；MIR = 最大肩內旋；MKU = 最大膝上抬。

 

事件一是骨盆和軀幹角度曲線的第一次交叉（第一次角度交叉縮寫為“AC1”）。另一個則是骨盆角和軀幹角曲線的第二次交叉（第二次角交叉，縮寫為“AC2”）。 「AC1r」是「AC1的時間比率」的縮寫形式。 「AC2r」是「AC2的時間比」的縮寫形式。 「AC2r-AC1r」是「AC1和AC2之間的時間比間隔」的縮寫形式。與特殊時間事件和間隔相關的參數包括「AC1r」、「AC2r」和「AC2r-AC1r」。

 

2.3.5 跨步階段重要的參數

一些研究指出，跨步階段某些參數，例如步幅長度、最大膝蓋高度和跨步腳接觸方向都極為重要，可能會影響球速或某些投球力學[ 4 , 22 ]。「StrideL/BH」是「以身高標準化的步幅百分比」的縮寫形式。「MKH/BH」是「最大膝蓋高度與身高標準化的百分比」的縮寫形式。「SFCD」是「跨步腳接觸方向」的縮寫形式。「SFCD」的定義與本研究的運動學定義相同。在橫向平面中，SFCD 朝向本壘的角度定義為0°，而朝向三壘的角度定義為-90°。跨步階段重要的參數包括「StrideL/BH」、「MKH/BH」和「SFCD」。最後，得到的參數是“球速”。

 

2.4 統計分析

使用SPSS 12.0（SPSS Inc., Chicago, IL, USA）軟體進行統計分析。取用每位受試者五次投球的平均數據用於分析。兩組間各參數的比較採用獨立t檢定。具有統計顯著性的α水準預先設定為 0.05。計算了Cohen的d效應大小。然後，計算各參數與球速之間的Pearson r相關性。對於多重比較，使用R套件「qvalue」計算錯誤發現率（FDR）調整的p值。如果 FDR 調整p值的參數小於 0.05，則這與球速有關並用於進一步分析。採用接收器操作特徵（ROC）曲線分析來確定這些參數的最佳速度降減值，以便區分低球速和高球速。

 

 

本文待續